Abbiamo già parlato dei problemi che sorgono quando si cerca di prevedere l'evoluzione del tempo meteorologico in un certo luogo sulla Terra. Paradossalmente i Fisici sono (forse) l'unica categoria veramente conscia dei propri limiti: come scienziati (ora, non vorrei offendere nessuno..) ci definiamo ignoranti. Il nostro è solo un tentativo di spiegare la complessa realtà, ma sappiamo benissimo di riuscire solo in parte nello scopo...ma questo ci diverte e ci appassiona!

Abbiamo anche parlato del meccanismo attraverso il quale si amplificano gli errori delle misurazioni e si traducono in errori sulle previsioni. Associato a questo tipo di errore c'è anche un effetto, certamente non trascurabile: la nonlinearità. Cercando di evitare astrusi paroloni, la nonlinearità è quella simpatica cosa che manda tutto a farsi benedire, quel pezzo di equazione che rende vani (quasi) tutti i tuoi sforzi di comprendere appieno un sistema fisico. Praticamente vi basti sapere che le equazioni già semplificate decine di volte devono contenere, per poter descrivere meglio la realtà, dei pezzi aggiuntivi che purtroppo si comportano in modo quasi del tutto casuale: in altre parole si comportano in maniera caotica. Molti lavori sono stati fatti per studiare il Caos Deterministico (quella parte dei comportamenti caotici che riusciamo a descrivere più o meno formalmente) da un punto di vista matematico: già Lorenz (non quello dell'Elettromagnetismo!!) tentò, tramite il suo modello, di studiare le peculiarità di un sistema semplice nelle prerogative, ma complesso nel comportamento.

Il matematico-meteorologo osservò che, utilizzando delle equazioni semplificate nonlineari e integrando numericamente (abbiamo già visto in cosa consiste questo procedimento) per fare una previsione, si ottenevano risultati molto diversi in base alle condizioni iniziali (abbiamo parlato anche di questo). Impostando condizioni che differivano di pochissimo il comportamento finale delle due soluzioni cambiava di molti ordini di grandezza: da qui la definizione di caos deterministico. Parlando praticamente:  due condizioni iniziali molto vicine come 16,8°C e 16,9°C (ma...voi la sentite la differenza di un decimo di grado??) avrebbero prodotto due stati finali previsti di 20°C e 32°C: questo, si, fa una bella differenza!

Come al solito quei mattacchioni dei Fisici hanno molto a cuore la prevedibilità di un sistema: ci piacerebbe molto poter controllare se e quando il comportamento di un sistema diventerà caotico e se si, in che modo. Per questo da pochi anni i Meteorologi si sono inventati uno scaltro modo di procedere: le previsioni probabilistiche. Seguendo il pensiero di Lorenz si parte da una condizione iniziale, la si perturba (ovvero, si inseriscono delle fluttuazioni casuali intorno al valore misurato) e si integra numericamente ogni stato perturbato. Tornando al nostro esempio con le temperature supponiamo quindi di misurare in una certa zona-la stessa in cui vogliamo fare la previsione- 16,8°C e quindi di prendere come condizioni iniziali perturbate una serie di temperature 15,0°C ; 15,1°C.......16,8°C....17,1°C e chi più ne ha, più ne metta.. Il metodo reale ovviamente è molto più complesso ma si basa più o meno su questo tipo di ragionamento.

L'evoluzione degli stati perturbati produrrà quindi degli stati finali che differiscono sicuramente tra di loro..ma qui viene il bello!

La differenza tra due stati finali dipenderà dalla natura caotica del sistema e quindi sarà un indice di quanto potrà essere affidabile una previsione fatta per quella zona.

Se la forbice tra lo stato maggiormente perturbato e quello minormente perturbato si allarga, diciamo, di 10 gradi, sarà molto difficile fare una previsione affidabile dato che il sistema non è predicibile. Viceversa se questa è molto più stretta, sarà maggiormente possibile dare un'indicazione più precisa sulla tendenza della temperatura.

I prodotti di questo tipo di previsioni sono gli ensemble forecast che hanno come prodotto più "famoso" i cosìdetti spaghi o spaghetti, vi lascio immaginare il perché del nome osservando un immagine tipo.

Spaghetti per Bologna

Giusto qualche precisazione:
  • lo "spago" (passatemi il termine) verde rappresenta lo spago associato al modello di riferimento americano (vi basti sapere questo..),
  • lo spago rosso rappresenta la media fatta su 30 anni (ovviamente è più smussata degli altri...),
  • lo spago grigio rappresenta la media di tutti gli
  • altri spaghi colorati che rappresentano tutte le varie perturbazioni alla condizione iniziale,
  • la data in cui è stato prodotto il modello è in alto a destra (12 settembre 2013 - emissione di mezzanotte)
  • l'evoluzione temporale della previsione è indicata in basso e, in questo caso, si spinge fino al 28 settembre

Tutti gli spaghi nella parte superiore dell'immagine rappresentano le temperature all'altezza di circa 1500 metri, mentre quelli nella parte inferiore sono le precipitazioni previste sempre con lo stesso metodo di ensemble.

Questa strana immagine, che sembra priva di alcuna informazione ad una prima occhiata, può invece darci un sacco di informazioni che ci permettono anche di formulare una piccola previsione a lungo termine.

Riferendoci all'immagine precedente possiamo infatti notare che siamo in una fase leggermente sotto-media (guardate come tutti gli spaghi sono sotto quello rosso in questo periodo) che sarà rimpiazzata da una risalita delle temperature (medie, ricordiamolo!!) dopo il 16 settembre: si intravede anche qualche precipitazione che accompagnerà questo cambiamento verso il 15 di settembre (parte bassa del grafico). Ricordiamoci che più gli spaghi si allontanano (ovviamente col tempo si distanzieranno comunque visto che decade comunque l'affidabilità delle previsioni per quanto già detto e ridetto) più la previsione sarà inaffidabile: per uno stesso lasso temporale si potranno infatti avere uno spago "sbarazzino" che si porta su temperature molto alte mentre un altro che ricade in basso. In questo caso l'unica cosa che potremmo dire è che le situazione della temperatura sarà compresa tra questi due spaghi, ma vi sarà una grande incertezza associata a questa affermazione. Più la forbice sarà stretta, maggiore sarà la precisione  potremmo associare alla previsione. Riferendoci sempre allo stesso grafico possiamo notare che cercare di formulare una previsione oltre il 17 settembre è molto difficile perché abbiamo uno spago che si porta sugli 0 gradi (ricordiamoci di nuovo che siamo a circa 1500mt!) ed uno che sale su sopra i 15 gradi. Questo perché ci troviamo in un periodo di cambiamento della stagione, e quindi l'instabilità e l'incertezza associata alle condizioni meteorologiche è molto alta.

Bene, avete già fatto la vostra previsione? Al Lavoro!

P.S. Se volete proprio essere precisi nella vostra previsione, ricordatevi che per ottenere la temperatura al suolo dovete aggiungere circa 1 grado ogni 100 metri. Quindi dalla temperatura ottenuta per 1500 metri (quella mostrata dagli spaghi) dovrete aggiungere circa 15 gradi (13-14 gradi è meglio, visto che il tasso di decrescita della temperatura è qualcosa come 0,98°C ogni 100 metri).